Häufige Magnesiumsalze in wässrigen Lösungen und Verfahren zu ihrer Entfernung und Aufreinigung
Magnesiumsalze tragen zur Wasserhärte bei und kommen natürlicherweise im Grundwasser und Meerwasser vor. Im Wasser liegen sie hauptsächlich als gelöste Magnesiumionen (Mg2+) vor, deren Ladung durch Ionen wie Chlorid, Sulfat und Hydrogencarbonat ausgeglichen wird; die Zusammensetzung des Wassers und die vorherrschenden Bedingungen bestimmen, welche Minerale ausfallen können.
Müssen Sie magnesiumbedingte Wasserhärte, eine magnesiumreiche Sole oder Ablagerungen im Prozesswasser beherrschen? Die geeignete Behandlung hängt von der vollständigen Wasseranalyse, der angestrebten Wasserqualität oder dem gewünschten Rückgewinnungsprodukt sowie vom Umgang mit Reststoffen und Konzentrat ab.
Von der Wasseranalyse zum Behandlungskonzept
Den Wasserstrom charakterisieren (Magnesium, Calcium, Alkalinität, Sulfat, Chlorid, Siliciumdioxid, TDS, pH-Wert, Temperatur und Durchfluss) → das Ziel festlegen (Enthärtung, Entsalzung, Wiederverwendung oder Magnesiumrückgewinnung) → Behandlungsverfahren vergleichen → Reststoffe und Konzentrat bewerten. Dies ist ein Entscheidungsrahmen; die Verfahrenskette hängt von der tatsächlichen Wasserchemie ab.
Häufige Magnesiumsalze und ihr Vorkommen
| Magnesiumsalz oder -form | Formel | Typische Anwendung / Branche / Verwendung | Typische wässrige Ströme, in denen es vorkommt |
|---|---|---|---|
| Magnesiumchlorid | MgCl2 | Magnesiumgewinnung, chemische Produktion, Enteisung und Staubbindung. | Meerwasser, salzhaltiges Grundwasser, Restlaugen aus der Kaliverarbeitung, Wasser aus chemischen Prozessen und ein Teil des abfließenden Enteisungswassers. Magnesium und Chlorid liegen als gelöste Ionen vor, nicht als intakte Salzmoleküle. |
| Magnesiumsulfat | MgSO4 | Düngemittel- und Chemikalienproduktion; Mineralaufbereitung. | Meerwasser, sulfatreiches Grundwasser, Solen aus Bergbau und Prozessanlagen, mit Düngemitteln zusammenhängende Wasserströme und Konzentrate aus der Entsalzung. |
| Magnesiumhydrogencarbonat in hartem Wasser | Mg2+ mit HCO3− | Natürliche Carbonatchemie des Wassers; normalerweise nicht als stabiles trockenes Salz isoliert. | Grundwasser, das mit Dolomit oder anderen magnesiumhaltigen Carbonatgesteinen in Kontakt steht. Erwärmung oder Änderungen des pH-Werts können das Carbonatgleichgewicht verändern und Ablagerungen begünstigen. |
| Wasser mit Magnesium und Nitrat | Mg2+ mit NO3− | Düngemittelproduktion und Herstellung von Spezialchemikalien. | Abflüsse im Zusammenhang mit Düngemitteln und Prozesswässer. Nitrat und Magnesium sind gelöste Ionen; es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass das Wasser eine eigenständige Magnesiumnitratverbindung enthält. |
| Magnesiumcarbonatminerale / Ausfällungen | MgCO3 und hydratisierte Carbonatphasen | Magnesit und verwandte Minerale; mögliche rückgewonnene Feststoffe bei einigen Behandlungs- oder Mineralaufbereitungsverfahren. | Kann als suspendierter mineralischer Feststoff vorkommen oder entstehen, wenn die Wasserchemie eine Ausfällung begünstigt; im Allgemeinen ist es keine gut lösliche Quelle für gelöstes Magnesium. |
| Magnesiumhydroxid-Ausfällung | Mg(OH)2 | Entsteht bei der Ausfällung bei hohem pH-Wert, bei der Enthärtung oder bei der Magnesiumrückgewinnung. | Entsteht nach einer pH-Wert-Einstellung bei manchen Behandlungsverfahren als Feststoff; in neutralem Wasser liegt es normalerweise nicht als gelöstes Salz vor. |
Zur Einordnung: Durchschnittliches Meerwasser enthält etwa 1.350 mg/L Magnesium. Die Konzentrationen im Süßwasser variieren je nach örtlicher Geologie; Wasser, das mit magnesiumreichen Carbonat-, Sulfat- oder Chloridvorkommen in Kontakt steht, kann deutlich mehr Magnesium enthalten als Wasser aus silikatreichen Formationen.
Löslichkeit, Wasserhärte und Ablagerungen
Magnesiumchlorid und Magnesiumsulfat sind sehr gut löslich und können daher beim Aufkonzentrieren des Wassers in Lösung bleiben. Dagegen sind Magnesiumcarbonat und Magnesiumhydroxid unter den relevanten Bedingungen der Wasseraufbereitung schwer lösliche Feststoffe. Ein Magnesium-Messwert allein erlaubt keine Vorhersage zur Bildung von Ablagerungen: pH-Wert, Alkalinität, Temperatur, Ionenstärke und andere gelöste Ionen beeinflussen die Mineralsättigung und Ausfällung.
In natürlichen und industriellen Wässern ist gelöstes Magnesium Teil eines Systems aus verschiedenen Ionen. Prüfen Sie die vollständige Wasseranalyse und die Betriebsbedingungen, bevor Sie Rückschlüsse auf Ablagerungen, Rückgewinnung oder die Leistung eines Behandlungsverfahrens ziehen.
Lösungen zur Trennung, Enthärtung und Aufkonzentrierung
Mögliche Verfahren für magnesiumhaltiges Wasser dienen unterschiedlichen Zwecken. Bei der Verfahrensauswahl sollten konkurrierende Ionen, die Wasserrückgewinnung, Reststoffe und ein gegebenenfalls angestrebtes Magnesiumprodukt berücksichtigt werden.
| Herausforderung bei der Wasseraufbereitung | Möglicher Verfahrensweg | Hinweise zur Auswahl |
|---|---|---|
| Durch Magnesium und Calcium verursachte Wasserhärte verringern | Wasserenthärtung oder Kationenaustausch | Bei der Enthärtung kann die Wasserhärte durch Ausfällung oder Ionenaustausch verringert werden. Beim Ionenaustausch werden härtebildende Ionen durch andere Kationen ersetzt; dabei entsteht ein Regenerationsstrom, der entsprechend behandelt werden muss. |
| Gelöste Salze in Brack- oder Salzwasser reduzieren | Umkehrosmose (RO) | Hält gelöste Ionen in einem Konzentrat zurück. Vorbehandlung und Wasserrückgewinnung hängen von Wasserhärte, Sulfat, Alkalinität, Siliciumdioxid, Salzgehalt und dem vorgesehenen Umgang mit dem Konzentrat ab. |
| Viele zweiwertige Ionen bevorzugt von einwertigen Salzen trennen | Nanofiltration (NF) | NF kann Magnesium und andere mehrwertige Ionen in unterschiedlichem Maße zurückhalten; die Leistung variiert je nach Membran, Druck und Zusammensetzung des Zulaufs. Allein erzeugt sie kein reines Magnesiumprodukt. |
| Ströme mit gelösten Ionen aufkonzentrieren oder trennen | Elektrodialyse (ED) oder Elektrodialyse mit Polaritätsumkehr (EDR) | Der Ionentransport hängt von der Membranauswahl und der Zusammensetzung des Gemischs ab. Prüfen Sie für die jeweilige Anwendung den Magnesiumtransport, die Selektivität und die Kontrolle der Ablagerungsbildung. |
| Magnesium zurückgewinnen oder hochkonzentrierte Sole behandeln | pH-gesteuerte Fällung, gegebenenfalls gefolgt von einer Fest-Flüssig-Trennung; oder Eindampfung und Kristallisation in einer ZLD-Prozesskette | Unter geeigneten Bedingungen kann durch Fällung Magnesiumhydroxid entstehen. Mischsalze, Produktreinheit, Chemikalienbedarf und der Umgang mit Rückständen müssen für jeden Wasserstrom beurteilt werden. |
Bewertung eines magnesiumhaltigen Wasserstroms
Eine repräsentative Analyse sollte Magnesium, Calcium, Natrium, Kalium, Chlorid, Sulfat, Alkalinität, Siliciumdioxid, TDS, pH-Wert und Temperatur sowie den Durchfluss und die erforderliche Qualität des aufbereiteten Wassers umfassen. Bei einem Rückgewinnungsprojekt sollten außerdem Produktspezifikationen und Anforderungen an den Umgang mit Rückständen festgelegt werden. Laborversuche oder ein Pilotbetrieb können helfen, die Leistung zu beurteilen, wenn Schwankungen der Zulaufzusammensetzung, Fällung oder Fouling eine wichtige Rolle spielen. Lenntechs Bewertung der Verfahrensmachbarkeit beschreibt den Bewertungsansatz des Unternehmens.
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Wenn Sie eine bestimmte Wasser- oder Solezusammensetzung besprechen möchten, kontaktieren Sie Lenntech unter info@lenntech.com.
Quellen und weiterführende Literatur
- USGS: Grundwasser in Süßwasser-Salzwasser-Umgebungen an der Atlantikküste – Hauptbestandteile von durchschnittlichem Meerwasser, einschließlich Magnesium.
- USGS PHREEQC: Beispiel zur Zusammensetzung von Meerwasser und zur Speziation in wässriger Lösung.
- U.S. EPA WaterSense at Work: Wasserreinigung und Enthärtung.
- U.S. EPA: Leitfaden zu Aufbereitungstechnologien für durch Bergbau beeinflusstes Wasser – Umkehrosmose und Vorbehandlung.
- USGS: Entnahme und Analyse von Wasserproben auf gelöste Mineralstoffe und Gase – Magnesium in natürlichen Gewässern.